相变材料与纳米增强生物炭协同提升太阳能光伏板效率的技术-经济-环境综合评估

本文创新性地将1-十四醇相变材料(PCM)、40%生物炭与1%石墨烯复合，通过四组光伏(PV)系统对比实验证明：PV-NBPCM组在降温(18.86K)、电效率提升(10.71%)和功率输出(24.60%)方面表现最优，同时具有更低的平准化度电成本(LCOE)和能源回收期(EPBT)，为延长光伏组件寿命提供新型热管理方案。

　　

亮点

本研究通过整合相变材料(PCM)与纳米增强生物炭，开创性地开发出三种光伏冷却方案，其中PV-NBPCM系统展现出突破性性能：实现18.86K的显著降温效果，电效率提升达10.71%，功率输出激增24.60%，同时具备最优的经济与环境效益指标。

材料与方法

本节详细阐述了生物炭基相变材料(BPCM)和纳米增强生物炭相变材料(NBPCM)的制备工艺，以及包含传统光伏板、PV-PCM、PV-BPCM和PV-NBPCM四组对照系统的实验平台构建方案。

结果与讨论

户外实验数据显示：PV-NBPCM系统表现出卓越的被动冷却性能，其表面温度较传统光伏板降低18.86K，平均电效率提升10.71%，功率输出增幅达24.60%，各项指标均显著优于其他改性方案。

冷却与传统光伏系统的能量指标

关键能量指标分析显示：PV-NBPCM系统具有最低的平准化度电成本(LCOE)和年度均匀化成本(UEAC)，其能源回收期(EPBT)较传统系统缩短27.3%，能量产出因子(EPF)提升至1.82，彰显卓越的全生命周期性能。

冷却与非冷却光伏系统的环境影响

采用25美元/吨CO₂的全球碳价进行测算，PV-NBPCM系统在全生命周期内可减少2.3吨CO₂/kW的排放，环境效益较传统系统提升31.4%，为清洁能源技术树立新标杆。

与其他研究工作的对比

横向对比显示：本研究的温度控制效果优于Wongwuttanasatian等报道的PCM-翅片复合系统(279.25K)，电效率提升幅度超过Ali团队铁屑/PCM方案的11%，在光伏热管理领域实现技术突破。

结论

通过整合1-十四醇相变材料、40%生物炭和1%石墨烯，PV-NBPCM系统在热管理性能、电力输出、经济性和环保性方面均建立新标准，为光伏技术可持续发展提供创新解决方案。